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KR20050041873A - 유도 가열 장치 - Google Patents

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KR20050041873A
KR20050041873A KR1020040077628A KR20040077628A KR20050041873A KR 20050041873 A KR20050041873 A KR 20050041873A KR 1020040077628 A KR1020040077628 A KR 1020040077628A KR 20040077628 A KR20040077628 A KR 20040077628A KR 20050041873 A KR20050041873 A KR 20050041873A
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inductor
inductors
power
coil
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보치오라체자레
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인터내쇼널 렉티파이어 코포레이션
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Abstract

적어도 하나의 인덕터에 전력을 제공하는 장치가 개시되는바, 상기 적어도 하나의 인덕터는 전기 전도성 물체에 전류를 유도함으로써 상기 전기 전도성 물체를 가열하기 위하여 전력을 상기 전기 전도성 물체에 유도적으로 연결하도록 배치되고, 상기 장치는 적어도 하나의 인덕터와, DC 버스를 걸쳐 연결되고 상기 적어도 하나의 인덕터의 제 1 단자에 연결된 출력부를 구비한 적어도 하나의 제 1 하프 브리지 변환기와, 그리고 DC 버스를 걸쳐 연결되고 상기 적어도 하나의 인덕터의 제 2 단자에 연결된 출력부를 구비한 적어도 하나의 제 2 하프 브리지 변환기를 포함하고, 각 하프 브리지 변환기는 상기 DC 버스 사이에 접속된 제 1, 2 교번식으로 전도성 직렬 접속된 스위치들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 인덕터는 상기 DC 버스로부터 교번식으로 상기 제 1 및 제 2 변환기들로부터 상기 적어도 하나의 인덕터를 통하여 전류가 흐르게 하기 위하여 각 변환기의 제 1, 2 스위치들 각각을 교번식으로 턴온시킴으로써 에너지를 공급받는다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}
관련 출원
본 출원은, 2003년 9월 25일 출원되었으며 그 명칭이 "행렬 구조에서 다수 코일들을 구동하도록 최적화된 유도 가열 장치(INDUCTION HEATING APPARATUS OPTIMIZED TO DRIVE MULTIPLE COILS IN A MATRIX CONFIGURATION)"인 미국 가 특허 출원 제60/506,189호의 이득 및 우선권을 주장하는바, 이는 전체 내용은 본원의 참조로서 인용된다.
본 발명은 다수의 변환기들을 포함하는 유도 가열 장치에 관한 것으로서, 특히 적어도 하나의 인덕터에 전력을 제공하는 장치에 관한 것이다.
현재의 유도 쿡탑(cooktop) 디자인(단지 가정용 뿐만이 아니라)은 "집중된 호브들(hobs)" 토폴로지를 구현하는데, 가스 쿡탑과 유사하게, 일반적으로 4개의 (다른 가스 배출구를 시뮬레이트하기 위하여 일반적으로 다른 최대 전력 레벨을 구비하는) 많은 주가열 소스들이 있고, 요리 기구, 예를 들어 팬이나 포트는 상기 가열 소스들중 하나 위에 적당하게 위치된 경우에만 가열되고, 일반적으로 유리 쿡탑 플레이트 아래에 놓여진다. 각 가열 소스 또는 호브는 몇십 ㎒에서 작동하는 직렬 공명 변환기에 의해 구현되는 코일에 의해 실현되는바, 상기 코일은 (금속, 예를 들어 강자성체 기반이어야만 하는) 상기 요리 기구에 전자기적 에너지를 연결하여, 상기 요리 기구에 전류를 유도함으로써 상기 요리 기구를 가열한다. 참조 전력 신호에 따라 주파수를 변화시킴으로써, 이에 따라 상기 코일에(그리고 상기 요리 기구에) 전달된 실제 전력이 변화된다.
적절하게 작동하기 위하여, 상기 코일과 상기 기구 사이의 상대적인 위치가 정의되어야 한다. 반면에, 전자기적인 연결은 약화되고, 상기 공명 변환기는 상기 기구로 적절한 전력의 전달없이 지나친 압력을 받는다.
다른 개념, 소위 "분산형(distributed)" 유도 가열 개념에 따라, 상기 기구는 쿡탑 유리 플레이트 위의 위치에 관계없이 가열된다. 이는 많은 수의 작은 코일들의 사용을 요구하는데, 상기 코일들의 수는 상기 기구의 크기에 대한 상기 쿡탑의 "분해능(resolution)"을 정의하고, 각 코일은 적절한 크기로 적용가능한 고주파수 전력 소스 및 인텔리전트 기구 탐지 시스템에 의해 구동되고, 상기 인텔리전트 기구 탐지 시스템은 상기 기구에 의해 커버되는 코일만을 활성화시킨다. 이는 얼마나 많은 전력 소스들이 필요하고, 그 전자 전력 소스들이 어떻게 상기 코일들에 접속되는지의 문제를 발생한다. 전력 소스들의 수 및 상기 코일과의 접속은 다음의 요구에 따라 이루어져야한다.
a) 상기 가열 소스들(호브들)은 각 서브셋에서 상기 요소들(호일들)이 서로 간에 인접한 경우를 제외하고, 임의의 가능한 서브셋 구성에서 활성화되어야 하는데, 상기 서브셋 수는 하나에서부터 최고까지 변화한다. 사실, 상기 기구는 사각이거나 원형이거나 길거나 또는 다른 어떤 형태일 수 있다.
b) 접속은 (스위칭 행렬에 배치되거나 배치되지 않은) "스위칭" 요소들의 최소 가능수로 달성되어야 한다.
c) "M" 요소들로 구성된 각 서브셋은 전력 레벨에서 독립적으로 제어가능해야 한다.
d) 전력 변환의 비용이 최소화되어야한다.
a) 내지 c)의 목적을 달성하는 가장 단순한 방법은 각 코일을 구동하는 하나의 전력 변환기를 구비하는 것인데, 이러한 경우에서 상기 전력 측에서는 스위칭 행렬을 필요로하지 않고, 각 변환기가 상기 코일을 구동하고 제어하기 위하여 최적화되고, 그리고 상기 코일 전력 제어는 스위칭 행렬(N×N 코일 세트에 관하여, 예를 들어 ON/OFF 제어에 관하여 2×N 라인들과, 그리고 미세한 전력 교정을 위하여 또 다른 2 ×N 라인들이면 충분할 것이다)에 배치된 낮은 레벨의 참조 신호 회로망(reference signal network)을 통해 단순하게 실현되고 중앙 제어기에 의해 제어될 수 있다. 이러한 해법은 가능하게 묘사될 수 없고, 가능하더라도 매우 비싸기 때문에, 그 산업상 유효성에 의문이 생긴다.
다른 가능한 해법은 최대 전체 쿡탑 전력에 관해 크기가 정해진 단일 변환기를 사용하는 것인데, 여기서 스위칭 행렬은 상기 다수의 코일들을 적절하게 상기 변환기의 출력부들에 접속시킨다.
이러한 스위칭 행렬은 상기 코일들의 전력 접속들에 직접 작용하기 때문에, 고비용의 고전력 릴레이들 또는 고전력 고상 스위치들이 필요하다. 예를 들어, 4개의 호브들의 경우에 관한 미국 특허 번호 제5,714,739호에 개시된 이러한 해법은 몇 개의 단점을 갖는다. 특히, 그러한 최적화된 스위칭 행렬(그 결과 "최소 수의 스위치들"을 구비하는)은 상기 코일들을 서로 간에 병렬 배치하여 요리 기구들의 크기가 증가하게 된다. 이는 상기 변환기에 의해 인식되는 "등가의" 인덕턴스가 코일들의 수가 증가함에 따라 감소된다는 것을 의미한다(이는 또한 상기 변환기로부터 고전력 레벨이 요구됨을 의미한다). 이는 상기 전력 레벨이 증가함에 따라, 차례로 상기 변환기의 스위칭 주파수의 증가를 가져오는데, 이는 허용될 수 없다.
또한, 각기 "m1" "m2"..."mn"의 코일 요소들로 구성된 보다 많은 서브셋들의 전력을 독립적으로 제어하기 위하여, 상기 특허들에서 설명되는 바와 같이, 상기 스위칭 릴레이들을 통해, 상기 변환기가 최대 전력에서 전체 로드로 조정되도록 하는 저주파수 PWM 동작이 요구된다. 그러나, 이는 상기 변환기가 동적으로 변화하는 로드에 접속되는 것을, 즉 모든 시간 많은 릴레이들이 새로운 로드를 선택하기 위하여 정류(commutate)되거나 또는 활성화된 로드, 즉 상기 변화기에 의해 인식된 상기 동등한 로드가 PWM로 단순히 변경된다는 것을 의미한다.
이러한 설계에서는, 매우 많은 수의 동작들이 요구되기 때문에, 상기 릴레이들은 매우 제한된 수명을 가질 것이다(예를 들어, 2.5초의 주기로 스위칭하고, 하루 평균 쿡탑 사용 시간을 4시간이라고 하면, 10년 동안 상기 릴레이들은 30만번의 동작들을 수행해야 한다).
독립적인 코일들의 서브셋의 수는 이러한 시스템에서 감소될 것이다. 실제로 모든 경우에서 그렇지는 않으나, 코일들의 사각 행렬의 중앙 대각선 위의(또는 아래의) 요소들 만이 상기 릴레이들의 작동을 통해 독립적으로 제어된다는 것을 알 수 있다. 중앙 대각선 위의 요소들이 독립적으로 제어가능하다면, 행렬의 중앙 대각선 아래의 요소들은 제어가능하지 않은 양의 전력을 수신할 것이다. 즉, N ×N 정사각 행렬에 관하여, 2 ×N의 릴레이들을 가지고, 최대 2N-1의 요소들이 독립적으로 제어할 수 있다. 사각 행렬에서, 독립적으로 제어가능한 호일의 수는 N+M-1인데, 여기서 N+M은 변환기의 전체 수와 같다(N=열들의 수, M=행들의 수).
본 발명은 상기 언급한 문제 및 다른 문제들을 해결한다. 본 발명에 따라서, 다수의 변환기들을 포함하는 유도 가열 장치가 제공되는바, 상기 변환기들은 어떤 임의의 릴레이들이나 고상의 릴레이 스위치들을 필요로 하지 않으면서, 서로 간에 그리고 공명 회로들에 직렬로 접속되며, 상기 공명 회로들 각각은 코일 및 공명 캐패시터를 포함하여, 상기 변환기들중 임의의 두 개에서 스위칭함으로써, 이 두 개 사이의 교차점에서 단일 코일이 활성화된다.
본 발명의 일 양상에 따라서, 적어도 하나의 인덕터에 전력을 제공하는 장치를 제공하는데, 상기 적어도 하나의 인덕터는 전기 전도성 물체에 전류를 유도함으로써 상기 전기 전도성 물체를 가열하기 위하여 전력을 상기 전기 전도성 물체에 유도적으로 연결하도록 배치되고, 상기 장치는 적어도 하나의 인덕터와, DC 버스를 걸쳐 연결되고 상기 적어도 하나의 인덕터의 제 1 단자에 연결된 출력부를 구비하는 적어도 하나의 제 1 하프 브리지 변환기와, 그리고 DC 버스를 걸쳐 연결되고 상기 적어도 하나의 인덕터의 제 2 단자에 연결된 출력부를 구비한 적어도 하나의 제 2 하프 브리지 변환기를 포함하고, 각 하프 브리지 변환기는 상기 DC 버스 사이에 접속된 제 1, 2 교번식으로 전도성 직렬 접속된 스위치들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 인덕터는 상기 DC 버스로부터 교번식으로 상기 제 1, 2 변환기들로부터 상기 적어도 하나의 인덕터를 통하여 전류가 흐르게 하기 위하여 각 변환기의 제 1, 2 스위치들 각각을 교번식으로 턴온시킴으로써 에너지를 공급받는다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부 도면을 참조하여 설명되는 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 블럭도를 도시하는바, 간략화를 위하여 단지 6개의 코일 축전기 회로망 만을 도시한다.
상기 배치는 다수의 변환기들(n1 내지 nN 및 m1 내지 mM)을 포함한다. 각 변환기들(n1 내지 nN 및 m1 내지 mM)은 하프 브리지 타입이고, 직렬 연결된 (도시되지 않은 그 동등한 요리 기구 저항을 병렬로 구비하는) 단일 코일(L12, L13,..., LMN)와 공명 캐패시터(C)로 구성된 회로망의 공명 주파수 근처의 고정된 주파수에서 동작된다. 상기 변환기들이 행들(m) 및 열들(n)로 배치되어 도시되지만, 반드시 이러한 경우로 배치될 필요는 없다. 어떤 임의의 배치라도 사용될 수 있고, 실제로 상기 코일들이, 상기 N+M 변환기들을 통해 상기 코일들의 최대 허용가능한 독립적인 제어를 제공하도록 하기에 설명되는 방식으로, 상기 코일들이 바람직하게 배치되고 상기 변환기들에 접속된다.
풀브리지 구성이 상기 하프 브리지들 사이에 상기 풀브리지로 연결된 공명 회로망을 구비하는 식으로, 각 공명 회로망이 두 개의 변환기들 사이에 접속된다.
그 후 변환기들의 각 쌍은 일정한 주파수지만, 변환기들 서로 간에 이동한 위상으로 동작하여, 코일로 전달된 전력이 참조 전력 제어 신호에 따라 변화된다.
상기 변환기들 각각에 ON/OFF 명령 및 전력 참조 레벨을 발행하는 저레벨 신호 회로망이 중앙 제어기 유닛(도 1에 도시되지 않음)에 의해 제공된다.
이러한 회로망은 변환기의 수(N+M)와 같은 다수의 (이중) 라인들을 포함하는데, 이러한 회로망은 도 1에 도시되지 않는다.
하나 보다 많은 변환기를 같은 시간에 동작시키는 경우, 상기 변환기들이 서로 간에 인접해 있더라도, 각 변환기는 그 소유의 직렬 공명 회로를 "인식"할 것이고, 다른 어떤 변환기와 인터페이스하지 않을 것이다. 서로 간에 병렬로 배치된 코일들이 없기때문에, 배경 기술의 해법과 같이, 임의의 변화기에 의해 인식된 공명 회로는 변화되지 않는다.
단일 회로가 활성화된 경우 무엇을 "인식"할지, 그리고 두 개의 변환기들 사이의 위상 시프트가 두 개의 변환기들 사이의 교차점에서 상기 코일의 전력 레벨을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 보다 잘 설명하기 위하여, 도 2는 단일 코일에서 전력을 제어하도록 동작하는 두 개의 변환기들의 동등한 개념도를 도시하고, 도 3은 두 개의 변환기들 사이에 위상 시프트를 나타내는, 상기 두 개의 변환기들에서 구현되는 고주파수 PWM 방법을 도시한다.
도 2에서, S1 및 S2는 D1 및 D2, C2 및 C3, 그리고 V2 및 V3와 함께 스위칭 행렬의 변환기들중 하나을 나타내고, S3 및 S4는 D3 및 D4, C6 및 C7, 그리고 V4 및 V5와 함께 상기 스위칭 행렬의 임의의 다른 변환기를 나타낸다.
R2, R3, R7, 및 R8은 상기 스위치들(S1, S2, S3, S4)의 동등한 직렬 저항을 나타내는 더미(dummy) 저항들이고, V1은 정류된 AC 라인(반드시 필터된 것은 아니다)을 나타내는 DC 전압이다.
TX1, R1 및 C4는, R4와 함께, 상기 코일에 직렬로 직렬 공진 캐패시터(C4)를 포함하는 공명 회로의 모델을 나타내는데, 변압기(TX1)는 주 코일(L), 부가적인 코일(P) 및 그 저항(R1)을 나타낸다(가열되는 요리 기구의 동등한 회로를 포함한다).
S1 및 S2가 50% 충격 계수(duty cycle)로 일정한 주파수에서 동작하기 때문에, V2 및 V3는 서로 간에 단순히 180°위상 시프트되고, V4 및 V5도 마찬가지이다. 상기 코일들의 전력 제어 변수는 V2와 V5 사이의 위상 시프트이고, V3과 V4 사이에서도 마찬가지이다.
도 3은 전압들, 각기 25㎑에서, V2(3A), V3(3B), V4(3C) 및 V5(3D)의 위상 배치의 일 예를 도시하는바, V4는 V3의 위상에서 90°벗어나있고, V5는 V2의 위상에서 90°벗어나있다. 이러한 배치는 대응하는 음영으로 나타낸 바와 같이, 상기 코일에 제공되는 전체 전력의 반을 가져온다.
V2와 V5 사이에 그리고 V3과 V4 사이에 위상 시프트가 없기 때문에, 상기 코일에 전달되는 전력은 최대이다. V2와 V5 사이에, 그리고 V3과 V4 사이에 위상 시프트가 180°이기 때문에, 상기 전력은 0이 될 것이다. 이는 도 3E에 도시되는데, V5는 V2로부터 180°의 위상 시프트를 보이고, 도 3F에서 V4는 V3으로부터 180°의 위상 시프트를 보인다. 두 경우에서, 펄스들이 오버랩되지 않기 때문에, 상기 코일에 전력이 전달되지 않는다. 위상 시프트의 중간 값에 대하여, 상기 코일의 최대 전력의 중간 값이 얻어진다.
각 직렬 공진 변환기의 동작은, 상기 동작 주파수가 상기 직렬 공진 회로망의 공진 주파수 이상이 되어야 하는 것과 같고, 반면에 초과적인 지나친 압력이 상기 스위치들에 작용될 것이다.
전력이 0인 상태는 각 변환기의 스위치와 같은 하나(높은 측이나 낮은 측)를 스위치 오프함으로써, 상기 설명한 바와 같이 위상을 180°이동시킴으로써, 또는 변환기 쌍들중 하나의 디바이스들 모두를 스위치오프시킴으로써(세 개의 상태 조건) 이루어진다.
다수 코일들이 같은 시간에 활성화되는 경우, 그러한 코일들에 접속된 상기 변환기 쌍들을 활성화하는 데에 충분하다.
각 변환기 또는 상기 변환기 쌍은 임의의 코일에 관해 선택된 전력 레벨에 따라 상기 쌍의 나머지 변환기에 관한 다른 위상 딜레이로 구동될 것이다.
도 1은 표준 행렬 구조에서 상기 코일에 접속된 변환기들을 도시한다. 이러한 구조들은, 상기 코일들이 그들의 독립적 제어를 최적화하도록 배치되지 않는 경우, 배경 기술의 해법에서 이미 언급된 일부의 단점들을 나타낼 수 있다.
도 4에 도시된 예는 이에 대해 보다 잘 설명한다.
변환기들이 표준 행렬 구조(M행과 N열)에서 접속되고, n1, n2,..., nN은 열에서의 변환기들을 정의하고, m2,...,mM은 행에서의 변환기들을 정의한다고 가정하자.
N 및 M은 1보다 큰 임의수이다. 도 4는 열에서의 변환기들(n1 내지 nN) 및 행에서의 변환기들(m1 내지 mM)을 도시한다. 그러나, 중앙 대각선 위의 코일들 만이 도시된다.
또한, 변환기들(n2, m1)이 코일(L21)에 에너지를 공급하고, 변환기들(n4, m1)이 코일(L41)에 에너지를 공급하고, 변환기들(n2, m4)이 코일(L24)에 에너지를 공급하고, 변환기들(n4, m4)이 코일(L44)에 에너지를 공급하도록 활성화되는 변환기들의 쌍들을 가정한다.
또한, 코일(L21)은 전력(P1)을 수신하고, 코일(L41)은 전력(P2)을 수신하고, 코일(L24)은 전력(P3)을 수신하고, 그리고 코일(L44)은 전력(P4)을 수신하도록, 각 코일이 다른 전력 레벨(P1, P2, P3, 및 P4)을 요구한다고 가정한다.
이제, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력(P1)을 L21에 전달하기 위하여, 변환기들(n2, m1)이 서로 간에 적당한 위상 시프트(Phn2-m1)로 활성화될 것이다.
간략화를 위하여, "가상의" 0 위상이 정의된다. 변환기(n2)는 위상(Phn2)을 갖고, 변환기(m1)는 위상(Phm1)을 갖는다. 상기 코일 회로망은 상기 위상 차이(Phn2- Phm1 = Phn2-m1)를 인식할 것이다.
그 후, 전력(P3)을 n2와 m4 사이의 교차점에서 상기 코일 회로망에 전달하기 위하여, 변환기(n2)는 이미 활성화되었으므로, 위상차(Phn2-Phm4)가 필요한 전력(P3)을 제공하는 위상(Phm4)으로 변환기(m4)를 활성화하는 것만이 필요하다.
또한, 전력(P2)을 n4와 m1 사이의 교차점에서 상기 코일 회로망에 전달하기 위하여, 변환기(m1)는 이미 ON 상태이므로, 위상차(Phn4-Phm1)가 전력(P2)을 제공하는 위상(Phn4)으로 변환기(n4)를 활성화하는 것으로 충분하다.
코일(L44)에 전력(P4)이 독립적으로 제공되도록 상기 코일을 제어하고자 하는 경우, 이것이 불가능하다는 것을 알게 될 것이다. 실제로, 변환기들(n4, m4)은 이미 활성화되었고, 그들의 위상 시프트는 나머지 코일 회로망들(L24, L41)로의 전달을 필요로 하는 전력에 의해 이미 정해져있다.
따라서, 릴레이 스위칭 행렬의 경우와 유사하게, 이러한 토폴로지의 제 1 한계는 코일들의 단지 상부(또는 하부) 세미(semi) 대각 행렬이, 그들의 전력이 독립적으로 선택되는 요소들을 구비하고, 모든 경우에서는 그러한 것은 아니라는 점이다. 이는 도 4에 도시된다. 이 도면에서는, (도시된 코일(L44)을 제외하고) 상기 세미 대각선 위의 코일들 만이 도시되는데, 상기 세미 대각선 위의 코일들만 독립적으로 제어될 수 있고, 모든 경우에서 그러한 것은 아니라는 점을 알 수 있다. 상기 세미 대각석 아래의 코일(L44)은 독립적으로 제어될 수 없다. 코일들(L11, L21 및 L14)이 활성화되는 경우, 코일(L24) 역시 예를 들어, 상기 코일(L24)이 상기 세미 대각선 위에 있다하더라도 독립적으로 활성화될 수 없다
이러한 추가적인 제한들을 나타내기 위하여, 세미 대각선 상부만 실제로 전선으로 연결되고 N=M=5라고 가정한다. 또한, 4개의 인접 코일들이 큰 포크나 팬을 가열하기 위하여 활성화되어야 하고, 그러한 코일들은 쿡탑의 상부 왼쪽 코너에 위치한다. 즉, 열 변환기들(n1, n2) 및 행 변환기들(m1, m2)에 의해 활성화된다. 이는 도 4의 코일들(L11, L12, L21 및 L22)을 포함할 것이다.
이러한 경우, 보다 작은 팬을 가열하기를 원할 수 있는데, 이는 변환기들(n1, m4)에 의해 구동되는 단일 코일에 의해 가열될 수 있다.
변환기들(n1, n2)이 활성화되었기 때문에, n1과 m4사이의 교차점에서의 코일뿐만 아니라 인접 코일(n2와 m4 사이의 교차점에서의 하나) 역시 활성화될 것이다. N=M=5이기 때문에, L24 뿐만 아니라 L14도 상기 세미 대각선 위에 있다. 도 4를 참조하라.
N 대 M 변환기들의 사각 행렬에서 실제로 독립적으로 제어될 수 있는 코일 회로망들의 이론적 수는 단지 N+M-1이다.
이러한 한계들의 효과를 감소시키기 위하여, 다른 개념이 사용되는데, "인접 코일들"이다. 이 개념의 기본 아이디어는 인접한 코일들은 다른 전력 레벨들에서 구동될 필요가 없다는 것이다.
이는 한계가 있을 것으로 보이지만, 실질적 관점으로는 그렇지 않은데, 그 이유는 다음과 같다:
a) 큰 요리 기구들의 경우에는, 하나 보다 많은 코일을 커버하고, 물론 인접코일들은 상기 같은 기구를 가열하기 때문에 같은 전력 레벨을 공유한다.
b) 작은 기구들의 경우에는, 단지 하나의 코일을 커버하기 때문에, 인접 코일들은 단지 전혀 활성화될 필요가 없다.
이러한 관점에서, 수정된 스위칭 행렬이 제안될 수 있는데, 이는 상기 "인접 코일들" 개념의 이득을 취한다.
그러한 행렬이 트리(tree)와 브랜치(branch) 구조로 도 5에 개념적으로 도시된다.
도 5에 도시된 블럭들은 변환기들을 나타내고, 원은 코일들을 나타낸다.
상기 예예는 6개의 변환기가 도시된다. 또한, 6개의 변환기들에 의해 구동가능한 코일의 최대 수는 15개라는 점을 보인다. 각 블럭(변환기)은 최대 5개의 코일들(원들)을 구동할 수 있다.
("인접 코일들"의 이론이 적용된 경우)의 공식은:
Ncoil=Nconverter*(Nconverter-1)/2인데, 여기서 Nconverter는 변환기들의 전체 개수이다.
도 5에 도시된 15개의 코일들 외에, 정사각 행렬에 관한 식 2N-1, 또는 사각 행렬에 관한 식 N+M-1에 따라, 실제로 서로 간에 독립적인 것은 단지 5개이다, 여기서, N과 M은 열과 행의 수를 나타낸다. 그러나, 적절하게 와이어로 연결된 접속들에 의해, 단일 코일들을 필요로 하는 작은 요리 기구가 독립적으로 제어될 수 있는 방식으로, 비독립적 코일들이 서로 "인접하게" 위치될 수 있고, 독립적 코일에 인접하여 위치될 수도 있고, 반면 다수의 인접 코일들을 커버하는 보다 큰 기구는 비독립적으로 활성화되지 않으나, 같은 전력 레벨에서 활성화되는 인접 코일들을 요구할 것이다.
"인접 코일들"의 개념이 적용되지 않는다면, 실제로 독립적으로 구동될 수 있는 코일들의 수에 관한 일반 공식은 상술한 바와 같이, 정사각 행렬에 관하여 2N-1이거나, 또는 일반적 사각 행렬에 관하여 N+M-1이다.
도 5의 스위칭 행렬의 다른 장점은 모든 변환기들이 같은 수의 코일들에 연결되어, 변환기들의 전력 로딩(이는 그 크기 및 비용에 영향을 준다)이 같다는 점이다.
본 발명이 특정한 실시예들에 관하여 설명되었지만, 많은 다른 변경들, 수정들 및 다른 용도가 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 본원에 개시된 실시예들이 아닌 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 한정될 것이다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 다수의 변환기들을 포함하는 유도 가열 장치를 제공하는바, 이러한 변환기들은 어떤 임의의 릴레이들이나 고상의 릴레이 스위치들을 필요로 하지 않으면서, 서로 간에 그리고 공명 회로들에 직렬로 연결될 수 있다.
도 1는 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 일부의 블럭도이다.
도 2는 유도 가열 코일 요소에 접속된 도 1의 다수의 변환기들중 두 개의 개념도이다.
도 3은 유도 가열 요소로의 전력을 제어하는 방법을 나타내는 위상 제어를 예시하는 타이밍도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 일 배치도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유도 가열 장치의 다른 배치를 나타내는 블럭도이다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 인덕터에 전력을 제공하는 장치-여기서, 상기 적어도 하나의 인덕터는 전기 전도성 물체에 전류가 흐르도록 유도하여 상기 전기 전도성 물체를 가열하기 위해 상기 전기 전도성 물체에 전력을 유도적으로 연결하도록 배치된다-에 있어서,
    적어도 하나의 인덕터와;
    DC 버스를 통해 연결되고 상기 적어도 하나의 인덕터의 제 1 단자에 연결된 출력부를 구비하는 적어도 하나의 제 1 하프 브리지 변환기와; 그리고
    DC 버스를 통해 연결되고 상기 적어도 하나의 인덕터의 제 2 단자에 연결된 출력부를 구비하는 적어도 하나의 제 2 하프 브리지 변환기를 포함하고;
    상기 각 하프 브리지 변환기는 상기 DC 버스 사이에 접속된 제 1 및 제 2의 교번식으로 전도성인 직렬 연결된 스위치들을 포함하고;
    상기 적어도 하나의 인덕터는, 상기 각 변환기의 제 1, 2 2 스위치들 각각을 교번식으로 턴온시켜 상기 DC 버스로부터 교번식으로 상기 제 1, 2 변환기들로부터 상기 적어도 하나의 인덕터를 통해 전류가 흐르게 함으로써 에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1, 2 변환기들은 상기 변환기들의 개별적인 스위치들의 온타임들 간의 위상 시프트를 변화시킴으로써 상기 적어도 하나의 인덕터에 가변 전력을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 변환기는 복수의 제 1 변환기들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 제 2 변환기는 복수의 제 2 변환기들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 인덕터는 복수의 인덕터들을 포함하고,
    상기 제 1 변환기들 각각은 상기 복수의 인덕터들 각각의 개별적인 제 1 단자들에 접속되는 출력부를 구비하고,
    상기 제 2 변환기들 각각은 상기 복수의 인덕터들 각각의 개별적인 제 2 단자들에 접속되는 출력부를 구비하며,
    이에 의해 개별적인 인덕터는 상기 제 1, 2 변환기들 각각의 선택된 스위치를 턴온시킴으로써 전력을 제공받는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개별적인 제 1, 2 변환기들 각각의 선택된 스위치들의 위상 시프트는 상기 각 인덕터에 제공되는 전력을 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 변환기들 및 상기 복수의 제 2 변환기들은, 상기 개별적인 인덕터들이 구조적 배치에 배치된 상기 변환기들 출력부들의 교차점들에 연결되는 구조적인 배치로 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조적 배치는 행렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 행렬은 행 및 열 배치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조적 배치는 행렬을 포함하고, 여기서 상기 변환기들은 상기 행렬의 중앙 대각선 위나 또는 아래에 배치되는 인덕터들에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조적 배치는 상호연결된 트리 및 브랜치 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 인덕터들은 요리 기구들과 같은 하나 이상의 전도성 물체들을 가열하기 위하여 전기 레인지의 쿡탑에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 인덕터들은 그리드에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 인덕터들의 수(Ncoil)는, Ncoil=N*(N-1)/2의 식에 의해 결정되고, 여기서 상기 N은 변환기들의 총수인 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 인덕터들의 수(Ncoil)는, Ncoil=N*(N-1)/2의 식에 의해 결정되고, 여기서 상기 N은 변환기들의 총수인 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 변환기들의 선택된 스위치들은 펄스 폭 변조(PWM) 명령에 의해 턴온되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  15. 제 3 항에 있어서,
    가열될 상기 전도성 물체에 전류가 흐르게 하기 위하여, 상기 인덕터들중 요구되는 선택에 따라 상기 인덕터들중 특정한 것들에 전력을 제공하도록 특정 시간들에서 상기 복수의 제 1, 2 변환기들의 선택된 스위치들을 턴온시키는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  16. 제 3 항에 있어서,
    상기 인덕터들은, 인접하는 인덕터들중 적어도 일부가, 에너지가 제공되는 경우 같은 전력을 공급받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 인덕터는 상기 적어도 하나의 제 1, 2 변환기 사이에 공진 캐패시터와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 제공 장치.
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